Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технологии пакетной коммутации глобальных сетей. Учебное пособие
.pdf
21
OSPF (Open Shortest Path First) – открытый протокол первого
кратчайшего пути по состоянию канала.
Перечисленные протоколы используют разные параметры метрики.
Различные протоколы маршрутизации используют разные алгоритмы
при выборе маршрута, т.е. выходного интерфейса и (или) адреса следующего
перехода, на который должен быть передан пакет. Алгоритм и метрика
определяются целым рядом решаемых задач, таких как простота,
устойчивость, гибкость, быстрая сходимость или конвергенция. Сходимость
– это процесс согласования между маршрутизаторами сети информации о
доступных маршрутах. При изменениях состояния сети необходимо, чтобы
обмен модификациями восстановил согласованную сетевую информацию.
Каждый алгоритм по своему интерпретирует выбор наиболее
рационального пути на основе метрики. Обычно меньшее значение
метрики соответствует лучшему маршруту. Метрика может базироваться
на одном или на нескольких параметрах пути. В протоколах маршрутизации
наиболее часто используются следующие параметры метрики:
- Полоса пропускания (Bandwidth) – способность соединения
передавать данные с некоторой скоростью. Например, соединения сети
Fast Ethernet передающие данные со скоростью 100 Мбит/c,
предпочтительней каналов Е1 со скоростью 2,048 Мбит/c.
- Задержка (Delay) – это длительность времени прохождения пакета от
источника до адресата назначения. Задержка зависит от количества
промежуточных соединений и их типов, объема буферных устройств
маршрутизаторов, сходимости сети и расстояния между узлами.
Загрузка (Load) – определяется количеством информации,
загружающей сетевые ресурсы (маршрутизаторы и каналы). Чем
больше загрузка, тем больше очереди на обслуживание, тем дольше
пакет будет в пути.
- Надежность (Reliability) – характеризует надежную передачу
сообщений по сети и определяется интенсивностью ошибок на каждом
сетевом соединении.
- Количество переходов (Hop count) – это количество маршрутизаторов,
через которые пакет должен пройти на пути к адресату назначения
22
(число переходов от маршрутизатора к маршрутизатору).
- Стоимость (Cost) – обобщенный параметр затрат на передачу пакета к
адресату назначения. Иногда стоимость имеет произвольное значение,
назначенное администратором.
Наиболее известным в сети Internet протоколом вектора расстояния
(distance-vector) является Routing Information Protocol (RIP), который
использует в качестве метрики число переходов (hop count) на пути к
адресату назначения (RFC 1058). На транспортном уровне протокол RIP
использует UDP, номер порта 520.
Другим простым протоколом вектора расстояния является Interior
Gateway Routing Protocol (IGRP), который был разработан в корпорации
Cisco. Для работы в больших сетях на смену ему пришел протокол Enhanced
IGRP (EIGRP), который включает много особенностей протоколов как типа
link-state, так и distance-vector. Поэтому он, по сути, является гибридным
протоколом. Однако разработчики фирмы Cisco относят его к протоколам
distance-vector.
Протоколы вектора расстояния (RIP, IGRP) периодически
рассылают обновления маршрутной информации. У протокола RIP этот
период равен 30 сек. При этом обновляются таблицы маршрутизации,
которые хранят всю информацию о маршрутах в сети. При изменении в сети
маршрутизатор, обнаруживший такое изменение, сразу начинает обмен
маршрутной информацией с соседними маршрутизаторами. Этот обмен идет
последовательно от маршрутизатора к маршрутизатору с некоторой
задержкой, определяемой временем модификации таблиц в каждом
маршрутизаторе, а также специальным таймером. Поэтому сходимость
(конвергенция) сети, когда все маршрутизаторы будут иметь согласованную
информацию о сетевых соединениях, медленная, что является недостатком
протоколов вектора расстояния.
Таким образом, протоколы вектора расстояния RIP характеризуются
медленной сходимостью, т.е. длительным временем согласования
информации в таблицах маршрутизации при изменениях топологии сети,
Протокол вектора расстояния RIP использует счетчик переходов (hop
count) в качестве метрики, чтобы определить расстояние до определенного
соединения в составной сети. Если существует несколько путей, то RIP
23
выберет путь с наименьшим числом маршрутизаторов (или переходов) к
адресату назначения. Однако выбранный маршрут не всегда является
лучшим путем к адресату, поскольку выбранный маршрут с наименьшим
числом устройств может характеризоваться меньшей скоростью передачи
(более узкой полосой пропускания, меньшей пропускной способностью) по
сравнению с альтернативными маршрутами, созданными другими
протоколами. Кроме того, RIP не может направлять пакеты далее 15
переходов, поэтому он рекомендован для работы в малых и средних сетях.
Рассылка обновлений протоколом первой версии RIPv1 производится в
широковещательном режиме (адрес 255.255.255.255).
Протокол первой версии RIPv1 требует, чтобы все устройства в
подсети использовали одинаковую маску подсетей, т.к. RIP не включает
информацию о маске подсети в обновления маршрутизации. Такой метод
получил название маршрутизации на основе классов (classful routing), что
ограничивает применение протокола RIPv1 в современных сетях.
Протокол вектора расстояния второй версии RIP Version 2 (RIPv2)
обеспечивает бесклассовую маршрутизацию CIDR (Classless Interdomain
Routing), поскольку в обновления маршрутизации включена информация
о маске подсети (RFC 2453). При этом внутри одной сети могут
существовать подсети с масками переменной длины (Variable-Length Subnet
Mask – VLSM). В обновления также включена адресная информация о
шлюзах по умолчанию. Рассылка обновлений протоколом версии RIPv2
производится в многоадресном режиме (адрес 224.0.0.9).
Протокол вектора расстояния EIGRP обеспечивает быструю
сходимость и малое количество служебной информации, передаваемой в
обновлениях (только об изменениях в сети), что экономит полосу
пропускания. EIGRP использует ряд функций, применяемые в протоколах
состояния канала (link-state). Протоколы EIGRP работают с оборудованием
Cisco и не всегда поддерживаются программным обеспечением аппаратуры
других фирм. Рассылка обновлений протоколом EIGRP производится в
многоадресном режиме (адрес 224.0.0.10).
Наиболее известными протоколами состояния канала (соединения)
являются протокол Open Shortest Path First (OSPF) и протокол Intermediate
System-to-Intermediate System (IS-IS). Протокол маршрутизации OSPF
24
разработан организацией Engineering Task Force (IETF), которая разработала
ряд нормативных документов, среди которых следует отметить RFC 2328.
OSPF предназначен для работы в больших гибких составных сетях, он может
работать с оборудованием разных фирм производителей, поэтому получил
широкое распространение.
Протокол состояния канала OSPF использует алгоритм Дийкстры
(Dijkstra), согласно которому устанавливаются отношения смежности с
соседними устройствами, путем обмена с ними короткими Hello-пакетами,
создаются таблицы соседних устройств, оцениваются стоимости соединений,
которые хранятся в специальной базе данных (link-state database). На основе
таблиц соседних устройств и информации базы данных формируются
таблицы маршрутизации. В базе данных хранится один или несколько путей
к адресату назначения, из которых выбирается первый кратчайший путь
(Shortest Path First – SPF), который и помещается в таблицу маршрутизации.
Если этот путь становится недоступным, то протокол может оперативно
выбрать из базы данных другой без дополнительных вычислений.
Рассылка обновлений о состоянии канала производится при запуске
протокола маршрутизации и при изменениях топологии сети. При этом
маршрутизатор создает извещение о состоянии этого соединения (Link-
State Advertisement - LSA). Сообщение LSA затем передается всем смежным
маршрутизаторам, которые, получив LSA, транслируют копию LSA всем
соседям и затем модифицируют базу данных. При таком волновом
распространении пакетов все маршрутизаторы создадут базы данных и
таблицы маршрутизации, которые будут согласованно отражать топологию
перед модификацией. Такой алгоритм обеспечивает быструю сходимость.
Протокол граничного шлюза (Border Gateway Protocol - BGP)
относится к внешним протоколам External Gateway Protocol (EGP). Протокол
обеспечивает обмен маршрутной информацией между автономными
системами, гарантирует выбор пути, свободный от маршрутных петель (loop-
free). Протокол BGP используется основными сетевыми компаниями, в том
числе провайдерами Интернет. Протокол BGP принимает решение о выборе
маршрута на основе сетевой политики.
25
Краткие итоги главы 1
1. Локальные сети (LAN) функционируют в пределах ограниченного
географического пространства, глобальные сети (WAN) обеспечивают связь
между далеко расположенными локальными сетями, удаленными
пользователями.
2. Глобальные сети можно классифицировать на сети с коммутацией
пакетов, с коммутацией каналов и сети с выделенными линиями.
3. Сети с коммутацией пакетов могут быть с предварительным
соединением (connection-oriented) или без предварительного соединения
(connectionless), т.е. дейтаграммные сети.
4. Интернет-протокол IP является самым распространенным сетевым
протоколом, функционирующем на третьем (сетевом) уровне модели OSI.
5. Интернет образован совокупностью сетей операторов и провайдеров
фиксированной и мобильной связи, соединенных с локальными сетями,
сетями доступа и отдельными пользователями.
6. При передаче информации по глобальной сети пакеты проходят через
целый ряд промежуточных устройств (коммутаторов, маршрутизаторов). В
каждом из них производится обработка полученного пакета и продвижение
его на выходной интерфейс.
7. Промежуточное устройство при обработке пакета задействует
программно-аппаратные средства не всех семи уровней модели OSI, а только
нижних, например, аппаратуру трех нижних уровней модели OSI.
8. В соединениях «точка-точка» широко используются два протокола:
высокоуровневого управления соединением (HDLC) и протокол точка-точка
(PPP), в которых адреса (11111111) задаются формально.
9. Если на конфигурируемом интерфейсе протокол HDLC был удален, то
его можно восстановить по команде:
Router(config-if)#encapsulation hdlc
10. В рамках протокола РРР функционируют протоколы управления
соединением (LCP) и управления сетью (NCP).
11. Протокол РРР поддерживает аутентификацию при установлении
соединения. Режим аутентификации может использовать протокол
аутентификации по паролю (PAP) или более строгий протокол
аутентификации по квитированию вызова (CHAP).
12. Поле адреса РРР всегда содержит широковещательный адрес 11111111.
13. Установка протокола РРР на интерфейсе маршрутизатора производится
по команде Router(config-if)#encapsulation ppp
14. Автономная система это совокупность IP-сетей и маршрутизаторов,
управляемых одним или несколькими операторами, имеющими единую
политику маршрутизации с Интернетом.
15. Внутри автономной системы работают протоколы внутренней
маршрутизации (Interior Gateway Protocols - IGP), к которым относятся RIP,
RIPv2, EIGRP, OSPF, IS-IS.
26
16. Маршрутизацию между автономными системами производят
протоколы внешней маршрутизации (Exterior Gateway Protocols - EGP),
например, протокол граничного шлюза (Border Gateway Protocol - BGP).
17. Протокол BGP обеспечивает обмен маршрутной информацией между
автономными системами, гарантирует выбор пути, свободного от
маршрутных петель.
18. Протокол BGP используется основными сетевыми компаниями, в том
числе провайдерами Интернет. Протокол BGP принимает решение о выборе
маршрута на основе сетевой политики.
Вопросы по главе 1
1. Каковы особенности функционирования сетей LAN и WAN?
2. В чем преимущества и недостатки сетей с коммутацией пакетов, с
коммутацией каналов и сетей с выделенными линиями?
3.Что означает термин дейтаграммные сети?
4. Сколько уровней модели OSI (и каких) задействовано при обработке
пакета промежуточным устройством?
5. Какие протоколы обычно задействованы при передаче данных в
соединениях «точка-точка»?
6. По какой команде можно сконфигурировать протокол HDLC на
интерфейсе?
7. Каков формат заголовка кадра протокола HDLC?
8. Какие протоколы управления функционируют в рамках протокола РРР?
9. Какие режимы аутентификации может поддерживать протокол РРР при
установлении соединения?
10. Какой адрес содержится в поле адреса РРР? Почему?
11. По какой команде можно сконфигурировать протокол РРР на интерфейсе
маршрутизатора?
12. Что такое автономная система?
13. Какие протоколы работают внутри автономной системы?
14. Какие протоколы функционируют между автономными системами?
15. На основе чего принимает решение о выборе маршрута протокол BGP?
27
Упражнения
Узел 1-n Узел 2-kУзел 1-1 Узел 2-1
Сеть 1 Сеть 2
Сеть 4
A
B
F0/0
F0/0
S1/2S1/1
Узел 3-mУзел 3-1
Сеть 3
F0/1
192.168.1.0/24
200.4.4.0/30
172.30.0.0/16192.168.20.0/24
В нижеприведенной схеме сети сконфигурируйте протокол РРР на
соединении последовательных интерфейсов. Проведите проверку и отладку
сети.
Проанализируйте таблицы маршрутизации, распечатку текущей
конфигурации.
28
Глава 2. ПРОТОКОЛ OSPF ДЛЯ МНОГИХ ОБЛАСТЕЙ
Рассмотрены основные характеристики, принципы работы и конфигурирование
протокола маршрутизации OSPF для многих областей.
2.1. Общие сведения о протоколе OSPF для многих областей
Спецификация открытого протокола маршрутизации по состоянию
канала (Open Shortest Path First – OSPFv2) для сетей IPv4 определена
документами RFC 1247, RFC 2328, а спецификация протокола OSPFv3 для
сетей IPv6 – документами RFC 2740, RFC 5340.
Протокол OSPF предназначен для работы в больших составных сетях,
к которым относятся сети операторов. Использование в большой сети
оператора маршрутизирующих протоколов вектора расстояния
затруднительно, поскольку протокол RIP принципиально не может работать
в больших сетях, а обмен маршрутной информацией между множеством
маршрутизаторов EIGRP потребовал бы значительных вычислительных
ресурсов и пропускной способности каналов сети, ограничивая передачу
сообщений. Поэтому в больших сетях широко используется протокол OSPF,
который предусматривает деление сети на отдельные области или зоны
(area), внутри которых и происходит рассылка уведомлений (извещений),
содержащих информацию о модификациях (обновлениях), возникающих
при изменениях сетевой топологии. Использование OSPF внутри
определенной области, где маршрутизаторы разделяют маршрутную
информацию между собой (рис. 2.1), снижает нагрузку на сеть.
Административное расстояние протокола OSPF составляет AD = 110,
поэтому он предпочтительней протоколов IS-IS (AD = 115), RIP (AD = 120).
OSPF поддерживает маски переменной длины VLSM и технологию
бесклассовой междоменной маршрутизации CIDR.
Протокол OSPF поддерживает аутентификацию MD5, что
обеспечивает высокий уровень информационной безопасности. Другое его
достоинство обусловлено тем, что рассылка обновлений OSPF происходит
лавинообразно, что сокращает время сходимости (convergence).
В большой сети таблица маршрутизации может быть очень объемной,
на обработку которой потребуется много ресурсов, тем более что OSPF не
объединяет маршруты по умолчанию. Прокладку маршрутов в удаленные
29
сети протокол OSPF производит с использованием алгоритма Дийкстры
Область
area 31
Область
area 0
Область
area 1
ABR
ASBR
R3-3
R1
R2 R3
R3-1
R3-2
R1-1
R1-2
R1-3 R3-4
Интернет
(Dijkstra) вычисления первого кратчайшего пути (Shortest Path First algoritm
– SPF). При любых изменениях топологии, которые в больших сетях
происходят чаще, чем в малых, запускается алгоритм SPF расчета
маршрутов к удаленным сетям, что поглощает сетевые и вычислительные
ресурсы. Эти обстоятельства и привели к необходимости деления большой
составной сети на области. При изменении топологии сети в какой-то зоне,
алгоритм SPF запускается только в той области, где произошли изменения.
Это сокращает объем вычислений и передаваемых обновлений, которыми
обмениваются маршрутизаторы. Сообщения обновлений не выходят пределы
области с измененной топологией.
Областей (зон) может быть несколько, среди которых нулевая область
(area 0) является главной или единственной (рис. 2.1). Остальные зоны
напрямую между собой не взаимодействуют, ограничивая взаимодействие
только с нулевой областью. Взаимодействие периферийных областей,
например, области area 1 и area 31, с магистральной областью (area 0)
производится через маршрутизаторы R2, R3, которые являются
пограничными (Area Border Router – ABR).
Рис. 2.1. Области функционирования протокола OSPF
В магистральной области area 0 обычно нет конечных узлов, она
объединяет периферийные области в единую сеть, пересылая пакеты с
высокой скоростью. Рекомендуется, чтобы маршрутизатор входил не более
чем в 3 области, в любой области не должно быть более 50 маршрутизаторов,
у каждого из которых не должно быть более 60 соседних маршрутизаторов.
Маршрутизаторы OSPF больших составных сетей делятся на 4 типа:
a. Внутренние маршрутизаторы, у которых одинаковые базы данных
30
LSDB и все интерфейсы находятся в одной области. Например, R3-1,
R3-2, R3-3, R3-4 (рис. 2.1) являются внутренними маршрутизаторами
области area 31.
b. Магистральные маршрутизаторы R1, R2, R3 (рис. 2.1) находятся в
магистральной области area 0.
c. Пограничные маршрутизаторы (ABR), интерфейсы которых входят в
разные области. В сети рис. 2.1 маршрутизаторы R2, R3 являются
пограничными между магистральной областью area 0 и
периферийными областями. Пограничные маршрутизаторы должны
поддерживать базы данных LSDB всех областей, куда они входят.
d. Пограничные маршрутизаторы автономной системы (Autonomus
System Boundary Router – ASBR) имеет интерфейсы, подключенные к
другим автономным системам, которые могут не поддерживать OSPF.
Например, маршрутизатор R3, через который корпоративная сеть
(рис.2.1) соединяется с Интернетом.
Маршрутизатор одновременно может относиться к двум-трем типам.
Например, маршрутизатор R3 (рис. 2.1) одновременно является
магистральным, пограничным (ABR) и пограничным маршрутизатором
автономной системы (ASBR).
Для работы алгоритма SPF протокол OSPF создает и поддерживает три
базы данных, на основе которых строит три различных таблицы:
1. База данных смежности (adjacency database) позволяет создать
таблицу соседних устройств (neighbor table), которую можно посмотреть по
команде show ip ospf neighbor.
2. База данных о состоянии каналов (Link-State DataBase - LSDB)
позволяет сформировать таблицу топологии (topology table), отображаемую
по команде show ip ospf database.
3. База данных пересылки (forwarding database), на основе которой
создается таблица маршрутизации, отображаемая по команде show ip
route.
Создание баз данных обеспечивается обменом содержащими
маршрутную информацию пакетами OSPF между маршрутизаторами. При
этом протокол OSPF использует пять типов пакетов для обмена
маршрутной информацией между устройствами:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]